(57)【要約】【課題】燃料電池を利用した発電システムにおいて，蓄電手段を利用した負荷追従制御を行なう際，蓄電池の回復充電を定期的に実施と同時に負荷追従制御を実施し，効率的かつ効果的に蓄電手段を運用することを目的とする。【解決手段】燃料電池１と，燃料電池１からの発電電力を一時的に充電する２つの並列接続あるいは直列接続した蓄電手段２Ａ，２Ｂと，蓄電手段２Ａ，２Ｂの回復充電を個別に分割して行なう回復充電手段３Ａ，３Ｂを備える構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池からの発電電力を一時的に充電する少なくとも２つ以上の蓄電手段を有する燃料電池システム。
【請求項２】
複数個の蓄電手段への回復充電を個別に分割して行なう回復充電手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
回復充電手段は，個々の蓄電手段に入力電圧の目標値をそれぞれ個別に設定する入力電圧個別設定手段を備えたことを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
蓄電手段の回復充電中は，回復充電中以外の蓄電手段で余剰電力の充電制御を行なう余剰電力充電制御手段を備えたことを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項５】
蓄電手段は，それぞれ直列に接続したことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項６】
蓄電手段は，それぞれ並列に接続したことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項７】
蓄電手段の電圧バランスを制御する電圧バランス制御手段を備えた請求項５記載の燃料電池システム。
【請求項８】
蓄電手段の電圧がアンバランスな場合，電圧の高い蓄電手段への充電をバイパスするバイパス制御手段を備えた請求項５記載の燃料電池システム。
【請求項９】
蓄電手段の回復充電前には，回復充電の対象となる蓄電手段からの放電を減少あるいは停止させ，かつ回復充電の対象外の蓄電手段からの放電を優先させる個別放電制御手段を備えたことを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
蓄電手段の回復充電直後には，回復充電の対象となっていた蓄電手段からの放電を優先させ，かつ回復充電の対象外の蓄電手段からの放電を減少あるいは停止させる第二個別放電制御手段を備えたことを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
回復充電後，放電深度のばらつきを抑制するように充放電を制御する，ばらつき補正手段を備えたことを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
ばらつき補正手段による放電深度の目標値は，５０〜８０％であることを特徴とする請求項１１記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池と二次電池を併用して負荷追従制御を行なう発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、一般家庭の負荷の増加による化石燃料の枯渇、地球温暖化問題などが生じており、太陽光発電システムや節電装置、あるいは系統電圧の安定化装置などによる、クリーンエネルギーの利用や省エネルギー装置が求められている。
【０００３】
従来、この種の燃料電池システムは、燃料電池と二次電池の組合せにより、負荷の消費電力に応じて燃料電池の出力と蓄電手段の充放電電力を制御するものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
以下、その燃料電池システムについて、図１８を参照しながら説明する。
【０００５】
図に示すように、燃料電池１１と燃料電池１１の出力電流を任意の所定値に制御する電流制御手段１２と、二次電池よりなる蓄電手段１３と該蓄電手段１３の充放電電流を制御する充放電制御手段１４と、商用電源１５のメインブレーカ１６に流れる系統電流を計測する系統電流計測手段１７と、商用電源１５の電圧を計測する交流電圧計測手段１８と、燃料電池１１の出力電圧を計測する燃料電池電圧計測手段１９と、蓄電手段１３の電圧を計測する蓄電電圧計測手段２０と、前記燃料電池１１の出力及び蓄電手段１３の放電出力を商用電源１５に系統連系出力する電力変換手段２１を備える構成としている。本構成により、負荷２２の消費電力に応じて燃料電池１１の出力と蓄電手段１３の充放電電力を制御するようにしている。
【０００６】
また、二次電池との組み合わせにより、燃料電池の燃焼器へ送られる余剰水素ガス量を適正値に制御することにより燃焼器の破損および溶損を防止できるものが知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００７】
以下、その燃料電池システムについて、図１９を参照しながら説明する。
【０００８】
図に示すように、外部負荷２３に電力を供給する二次電池２４と、少なくとも二次電池２４に電力を供給する燃料電池２５とを備えた燃料電池システムであり、二次電池２４の蓄電余裕量を検出する蓄電余裕量検出手段２６と、燃料電池２５の作動を停止したときの余剰燃料ガスにより生成し得る余剰電力量を算出する余剰電力量算出手段２７と、二次電池２４の蓄電余裕量が余剰電力量以上となるように、二次電池２４および／または燃料電池２５を制御する電力制御手段２８とを備える構成としている。
【０００９】
さらに、二次電池との組合せによるものでは、蓄電池の大容量化を招くことなく、しかも騒音、振動、有害ガスなどの不具合を生じることなく、負荷への無瞬断による長時間給電が可能なバックアップ電源システムが知られている（例えば特許文献３参照）。
【００１０】
以下、そのバックアップ電源システムについて、図２０を参照しながら説明する。
【００１１】
図に示すように、燃料電池２９を設け、蓄電池３０の放電能力が所定値以上の場合は無停電電源装置３１から負荷３２への通電を行い、蓄電池３０の放電能力が所定値未満に低下した場合に燃料電池２９を起動するとともに燃料電池２９から負荷３２への通電を行って無停電電源装置３１から負荷３２への通電を遮断する構成としている。
【００１２】
また、燃料電池の余剰電力を一時的に充電する二次電池を利用した電力供給システムが知られている（例えば特許文献４参照）。
【００１３】
以下、本電力供給システムについて、図２１を参照しながら説明する。
【００１４】
図に示すように、二次電池３３ａから３３ｃは、燃料電池３４ａから３４ｃの余剰電力により充電され、燃料電池３４ａから３４ｃの発電電力が不足した場合に、負荷３５ａから３５ｃに不足電力を供給する。例えば制御部３６は、効率格納部３７が格納した発電効率に基づいて、燃料電池３４ａから３４ｃの発電効率が最大となるように燃料電池３４ａから３４ｃの発電量を制御するように構成している。また、発電効率が最大となる場合の燃料電池３４ａから３４ｃの発電量が負荷３５ａから３５ｃに供給する電力より小さい場合、二次電池３３ａから３３ｃにより負荷３５ａから３５ｃに不足電力を供給させる。また、発電効率が最大となる場合の燃料電池３４ａから３４ｃの発電量が負荷３５ａから３５ｃに供給する電力より大きい場合、余剰の電力を二次電池３３ａから３３ｃに充電する。前記動作により燃料電池３４ａから３４ｃを効率よく発電させることができるものである。さらに、制御部３６は負荷３５ａから３５ｃに供給するべき電力が予め定められた電力より小さく、且つ二次電池３３ａから３３ｃの蓄電量が予め定められた蓄電量より大きい場合、燃料電池３４ａから３４ｃを停止させ、二次電池３３ａから３３ｃにより負荷３５ａから３５ｃに電力を供給させる構成としている。前記動作により、燃料電池３４ａから３４ｃを更に効率よく発電させることができるものである。
【００１５】
さらに、蓄電池の運用においては、複数個接続した際の蓄電手段の充電時間短縮や容量低減を図り、かつ蓄電手段に異常が発生しないように充電または放電制御を行なう電源制御装置が知られている（例えば特許文献５参照）。
【００１６】
以下、本電源制御装置について、図２２を参照しながら説明する。
【００１７】
図に示すように、蓄電手段３８ａ、３８ｂには電流計測手段３９ａ、３９ｂがそれぞれ直列に接続され、蓄電手段３８ａ、電流計測手段３９ａと、蓄電手段３８ｂ、計測手段３９ｂとが並列に接続される。蓄電手段３８ａ、３８ｂ及び計測手段３９ａ、３９ｂと電圧計測手段４０とが並列に接続される。充放電制御手段４１も蓄電手段３８ａ、３８ｂ及び電流計測手段３９ａ、３９ｂと並列に接続される。電圧計測手段４０及び電流計測手段３９ａ、３９ｂの計測電流電圧値は状態検知手段４２に入力され抵抗値、電圧値が演算され充放電制御手段４１に入力される。充放電制御手段４１は安全で短時間充電可能な充電電流値と高効率放電電流を演算し蓄電手段３８ａ、３８ｂの充放電電流を制御する構成としている。
【特許文献１】特開２００４−３６２７８７号公報
【特許文献２】特開２００１−２４３９６１号公報
【特許文献３】特開２０００−３３３３８６号公報
【特許文献４】特開２００４−３２７４４８号公報
【特許文献５】特開２００４−２１５４５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
このような従来の燃料電池システムでは、蓄電手段の回復充電を行なっておらず、燃料電池により発電した発電電力、負荷電力、あるいは燃料電池システムで管理している放電深度の管理値で保護を加えているのみである。このため、管理値は時間が経過すると共に演算精度、あるいは蓄電池の経年変化などにより実際の真値との間の誤差が拡大する。そのため蓄電池の過充電あるいは過放電が発生するという課題があった。また、蓄電手段は一つしか備えていないため、充電時に制約を受けた場合、直ちに燃料電池の出力を絞る必要があり、発電効率を低下させるという課題もあった。
【００１９】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、一時的に充電する蓄電手段を２つ以上備えることで、回復充電と通常の負荷追従制御を併用することができ、燃料電池の出力を絞るなどの制約を受けることなく、発電を行なうことができる。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の燃料電池システムは、燃料電池からの発電電力を一時的に充電する少なくとも２つ以上の蓄電手段を有する構成としたものである。
【００２１】
この手段により、蓄電手段の蓄電池の放電深度などにより余剰電力を充電できない状態を回避することができ、すなわち燃料電池からの発電を頻繁に発停することを回避することができ、運用効率を向上させることができる燃料電池システムが得られる。
【００２２】
また、複数個の蓄電手段への回復充電を個別に分割して行なう回復充電手段を備える構成としたものである。
【００２３】
この手段により、蓄電手段の蓄電池の回復充電中、特に定電圧充電を行なっている時の充電可能電力が減少した際であっても、相異なる蓄電手段に充電することで回復充電中であっても余剰電力を蓄電手段に充電することができる燃料電池システムが得られる。
【００２４】
さらに、回復充電手段は、個々の蓄電手段に入力電圧の目標値をそれぞれ個別に設定する入力電圧個別設定手段を備える構成としたものである。
【００２５】
この手段により、回復充電を行なう際に各蓄電手段の回復充電に優先順位を簡易的につけることが可能となり、簡単な構成で回復充電の対象となる蓄電手段を切替えることができる燃料電池システムが得られる。
【００２６】
また、蓄電手段の回復充電中は、回復充電中以外の蓄電手段で余剰電力の充電制御を行なう余剰電力充電制御手段を備える構成としたものである。
【００２７】
この手段により、回復充電中以外の蓄電手段で燃料電池からの余剰電力を蓄電することが可能となり、燃料電池の運転状態を安定化することができ、発停による損失を低減させることができる燃料電池システムが得られる。
【００２８】
さらに、蓄電手段は、それぞれ直列に接続する構成としたものである。
【００２９】
この手段により、蓄電手段の接続本数を減らすことができ、より低コストな燃料電池システムが得られる。
【００３０】
また、蓄電手段は、それぞれ並列に接続する構成としたものである。
【００３１】
この手段により、蓄電手段に蓄電できる瞬時電力を大きくすることができ、より広範囲の負荷変動による余剰電力の急変に対応することができる燃料電池システムが得られる。
【００３２】
さらに、蓄電手段の電圧バランスを制御する電圧バランス制御手段を備える構成としたものである。
【００３３】
この手段により、蓄電手段を直列に接続した場合であっても、放電深度にばらつきを生じることなく充放電を行なうことができ、蓄電手段の長寿命化を可能とした燃料電池システムが得られる。
【００３４】
また、蓄電手段の電圧がアンバランスな場合、電圧の高い蓄電手段への充電をバイパスするバイパス制御手段を備える構成としたものである。
【００３５】
この手段により、蓄電手段を直列に接続した場合で、かつ放電深度にばらつきが生じた場合や、蓄電手段の一部が故障した場合であっても、余剰電力を蓄電手段に一時的に充電あるいは放電することができる燃料電池システムが得られる。
【００３６】
さらに、蓄電手段の回復充電前には、回復充電の対象となる蓄電手段からの放電を減少あるいは停止させ、かつ回復充電の対象外の蓄電手段からの放電を優先させる個別放電制御手段を備える構成としたものである。
【００３７】
この手段により、回復充電の対象となった蓄電手段の回復充電は、より早く完了することができる燃料電池システムが得られる。
【００３８】
また、蓄電手段の回復充電直後には、回復充電の対象となっていた蓄電手段からの放電を優先させ、かつ回復充電の対象外の蓄電手段からの放電を減少あるいは停止させる第二個別放電制御手段を備える構成としたものである。
【００３９】
この手段により、回復充電の対象であった蓄電手段から優先して負荷に対して電力供給を行なうことができ、負荷が急変した場合に対する負荷追従性能を向上させることができる燃料電池システムが得られる。
【００４０】
さらに、回復充電後、放電深度のばらつきを抑制するように充放電を制御する、ばらつき補正手段を備える構成としたものである。
【００４１】
この手段により、蓄電手段の個々の寿命のばらつきを抑制することができると同時に、ばらつきが減少した際に蓄電手段の一括制御を行なうことができるため、より簡単な制御で負荷追従制御を行なうことができる燃料電池システムが得られる。
【００４２】
また、ばらつき補正手段による放電深度の目標値は、５０〜８０％とする構成としたものである。
【００４３】
この手段により、負荷に対して燃料電池の余剰電力が生じた際に、安定して蓄電手段に充電することができる燃料電池システムが得られる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明によれば、燃料電池からの発電電力を一時的に充電する少なくとも２つ以上の蓄電手段を有する構成とすることで、蓄電手段の蓄電池の放電深度などにより余剰電力を充電できない状態を回避することができ、すなわち燃料電池からの発電を頻繁に発停することを回避することができ、運用効率を向上させることができる燃料電池システムが提供できる。
【００４５】
また、複数個の蓄電手段への回復充電を個別に分割して行なう回復充電手段を備える構成とすることで、蓄電手段の蓄電池の回復充電中、特に定電圧充電を行なっている時の充電可能電力が減少した際であっても、相異なる蓄電手段に充電することで回復充電中であっても余剰電力を蓄電手段に充電することができる燃料電池システムが提供できる。
【００４６】
さらに、回復充電手段は、個々の蓄電手段に入力電圧の目標値をそれぞれ個別に設定する入力電圧個別設定手段を備える構成とすることで、回復充電を行なう際に各蓄電手段の回復充電に優先順位を簡易的につけることが可能となり、簡単な構成で回復充電の対象となる蓄電手段を切替えることができる燃料電池システムが提供できる。
【００４７】
また、蓄電手段の回復充電中は、回復充電中以外の蓄電手段で余剰電力の充電制御を行なう余剰電力充電制御手段を備える構成とすることで、回復充電中以外の蓄電手段で燃料電池からの余剰電力を蓄電することが可能となり、燃料電池の運転状態を安定化することができ、発停による損失を低減させることができる燃料電池システムが提供できる。
【００４８】
さらに、蓄電手段は、それぞれ直列に接続する構成とすることで、蓄電手段の接続本数を減らすことができ、より低コストな燃料電池システムが提供できる。
【００４９】
また、蓄電手段は、それぞれ並列に接続する構成とすることで、蓄電手段に蓄電できる瞬時電力を大きくすることができ、より広範囲の負荷変動による余剰電力の急変に対応することができる燃料電池システムが提供できる。
【００５０】
さらに、蓄電手段の電圧バランスを制御する電圧バランス制御手段を備える構成とすることで、蓄電手段を直列に接続した場合であっても、放電深度にばらつきを生じることなく充放電を行なうことができ、蓄電手段の長寿命化を可能とした燃料電池システムが提供できる。
【００５１】
また、蓄電手段の電圧がアンバランスな場合、電圧の高い蓄電手段への充電をバイパスするバイパス制御手段を備える構成とすることで、蓄電手段を直列に接続した場合で、かつ放電深度にばらつきが生じた場合や、蓄電手段の一部が故障した場合であっても、余剰電力を蓄電手段に一時的に充電あるいは放電することができる燃料電池システムが提供できる。
【００５２】
さらに、蓄電手段の回復充電前には、回復充電の対象となる蓄電手段からの放電を減少あるいは停止させ、かつ回復充電の対象外の蓄電手段からの放電を優先させる個別放電制御手段を備える構成とすることで、回復充電の対象となった蓄電手段の回復充電は、より早く完了することができる燃料電池システムが提供できる。
【００５３】
また、蓄電手段の回復充電直後には、回復充電の対象となっていた蓄電手段からの放電を優先させ、かつ回復充電の対象外の蓄電手段からの放電を減少あるいは停止させる第二個別放電制御手段を備える構成とすることで、回復充電の対象であった蓄電手段から優先して負荷に対して電力供給を行なうことができ、負荷が急変した場合に対する負荷追従性能を向上させることができる燃料電池システムが提供できる。
【００５４】
さらに、回復充電後、放電深度のばらつきを抑制するように充放電を制御する、ばらつき補正手段を備える構成とすることで、蓄電手段の個々の寿命のばらつきを抑制することができると同時に、ばらつきが減少した際に蓄電手段の一括制御を行なうことができるため、より簡単な制御で負荷追従制御を行なうことができる燃料電池システムが提供できる。
【００５５】
また、ばらつき補正手段による放電深度の目標値は、５０〜８０％とする構成とすることで、負荷に対して燃料電池の余剰電力が生じた際に、安定して蓄電手段に充電することができる燃料電池システムが提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
本発明の請求項１記載の発明は、燃料電池からの発電電力を一時的に充電する少なくとも２つ以上の蓄電手段を有する構成としたものであり、蓄電手段の蓄電池の放電深度などにより余剰電力を充電できない状態を回避することができ、すなわち燃料電池からの発電を頻繁に発停することを回避することができ、運用効率を向上させることができるという作用を有する。
【００５７】
また、複数個の蓄電手段への回復充電を個別に分割して行なう回復充電手段を備える構成としたものであり、蓄電手段の蓄電池の回復充電中、特に定電圧充電を行なっている時の充電可能電力が減少した際であっても、相異なる蓄電手段に充電することで回復充電中であっても余剰電力を蓄電手段に充電することができるという作用を有する。
【００５８】
さらに、回復充電手段は、個々の蓄電手段に入力電圧の目標値をそれぞれ個別に設定する入力電圧個別設定手段を備える構成としたものであり、回復充電を行なう際に各蓄電手段の回復充電に優先順位を簡易的につけることが可能となり、簡単な構成で回復充電の対象となる蓄電手段を切替えることができるという作用を有する。
【００５９】
また、蓄電手段の回復充電中は、回復充電中以外の蓄電手段で余剰電力の充電制御を行なう余剰電力充電制御手段を備える構成としたものであり、回復充電中以外の蓄電手段で燃料電池からの余剰電力を蓄電することが可能となり、燃料電池の運転状態を安定化することができ、発停による損失を低減させることができるという作用を有する。
【００６０】
さらに、蓄電手段は、それぞれ直列に接続する構成としたものであり、蓄電手段の接続本数を減らすことができ、より低コストに実現することができるという作用を有する。
【００６１】
また、蓄電手段は、それぞれ並列に接続する構成としたものであり、蓄電手段に蓄電できる瞬時電力を大きくすることができ、より広範囲の負荷変動による余剰電力の急変に対応することができるという作用を有する。
【００６２】
さらに、蓄電手段の電圧バランスを制御する電圧バランス制御手段を備える構成としたものであり、蓄電手段を直列に接続した場合であっても、放電深度にばらつきを生じることなく充放電を行なうことができ、蓄電手段の長寿命化を可能とすることができるという作用を有する。
【００６３】
また、蓄電手段の電圧がアンバランスな場合、電圧の高い蓄電手段への充電をバイパスするバイパス制御手段を備える構成としたものであり、蓄電手段を直列に接続した場合で、かつ放電深度にばらつきが生じた場合や、蓄電手段の一部が故障した場合であっても、余剰電力を蓄電手段に一時的に充電あるいは放電することができるという作用を有する。
【００６４】
さらに、蓄電手段の回復充電前には、回復充電の対象となる蓄電手段からの放電を減少あるいは停止させ、かつ回復充電の対象外の蓄電手段からの放電を優先させる個別放電制御手段を備える構成としたものであり、回復充電の対象となった蓄電手段の回復充電は、より早く完了することができるという作用を有する。
【００６５】
また、蓄電手段の回復充電直後には、回復充電の対象となっていた蓄電手段からの放電を優先させ、かつ回復充電の対象外の蓄電手段からの放電を減少あるいは停止させる第二個別放電制御手段を備える構成としたものであり、回復充電の対象であった蓄電手段から優先して負荷に対して電力供給を行なうことができ、負荷が急変した場合に対する負荷追従性能を向上させることができるという作用を有する。
【００６６】
さらに、回復充電後、放電深度のばらつきを抑制するように充放電を制御する、ばらつき補正手段を備える構成としたものであり、蓄電手段の個々の寿命のばらつきを抑制することができると同時に、ばらつきが減少した際に蓄電手段の一括制御を行なうことができるため、より簡単な制御で負荷追従制御を行なうことができるという作用を有する。
【００６７】
また、ばらつき補正手段による放電深度の目標値は、５０〜８０％とする構成としたものであり、負荷に対して燃料電池の余剰電力が生じた際に、安定して蓄電手段に充電することができるという作用を有する。
【００６８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００６９】
（実施の形態１）
図１に本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成図を示す。図に示すように、実施の形態１における燃料電池システムは、燃料電池１と、燃料電池１からの発電電力を一時的に充電する２つの並列接続した蓄電手段２Ａ、２Ｂと、回復充電を個別に分割して行なう回復充電手段３Ａ、３Ｂと、回復充電を行なっていない蓄電手段２Ａあるいは２Ｂにより燃料電池１の余剰電力の充電制御を行なう余剰電力充電制御手段４を備えている。各蓄電手段２Ａ、２Ｂはそれぞれ双方向コンバータ２Ａａ、２Ｂａと、蓄電池２Ａｂ、２Ｂｂを備える構成としている。双方向コンバータ２Ａａ、２Ｂａはそれぞれ蓄電池２Ａｂ、２Ｂｂの充放電を行なうように制御し、回復充電手段３Ａ、３Ｂはそれぞれ蓄電池２Ａｂ、２Ｂｂの回復充電を行なうように制御する。
【００７０】
次に回復充電手段３Ａ、３Ｂの制御フローチャートについて図２を参照しながら説明する。図に示すように、回復充電手段３Ａ、３Ｂは互いに回復充電フラグを送受信する。回復充電手段３Ａの回復充電フラグＲｅｃ＿ｆｌａｇ３ＡがＯＮした場合は、回復充電手段３Ｂは回復充電フラグＲｅｃ＿ｆｌａｇ３ＢをＯＦＦとする。回復充電フラグＲｅｃ＿ｆｌａｇ３ＡがＯＦＦとなった後に回復充電フラグＲｅｃ＿ｆｌａｇ３ＢをＯＮとする。回復充電手段３Ａ、３Ｂとしてはマイコン等がある。
【００７１】
次に余剰電力充電制御手段４の制御フローチャートについて図３を参照しながら説明する。図に示すように、余剰電力充電制御手段４は、回復充電手段３Ａあるいは３Ｂの何れの回復充電フラグＲｅｃ＿ｆｌａｇ３ＡあるいはＲｅｃ＿ｆｌａｇ３ＢがＯＮしているかを判定する。判定した結果、例えばＲｅｃ＿ｆｌａｇ３ＡがＯＮしていた場合、余剰電力充電制御手段４は、回復充電手段３Ｂに対して中間電圧一定制御を行なうように指令する。余剰電力充電制御手段４としてはマイコン等がある。
【００７２】
以上のように、本実施の形態１によれば、例えば蓄電池２Ａｂが回復充電手段３Ａにより回復充電を行なっている場合、インバータ部が負荷電力に追従した制御を行なった際の余剰電力を過不足無く充電、あるいは放電することはできないが、回復充電手段３Ｂにより双方向コンバータ２Ｂａは、中間電圧一定制御を行なっていることより、電力の需給バランスが成立することができ、蓄電手段２Ａ及び２Ｂの回復充電を実施できると共に、負荷追従制御を行なうことができることとなる。
【００７３】
（実施の形態２）
図４に本発明の実施の形態２における燃料電池システムの構成図を示す。図に示すように、実施の形態２における燃料電池システムは、燃料電池１と、燃料電池１からの発電電力を一時的に充電する２つの並列接続した蓄電手段２Ａ、２Ｂと、回復充電を個別に分割して行ない、個々の蓄電手段２Ａ及び２Ｂに入力電圧すなわち図中の中間電圧の目標電圧をそれぞれ個別に設定する入力電圧個別設定手段５ａ、５ｂを備えた回復充電手段３Ａ、３Ｂを具備している。
【００７４】
次に入力電圧個別設定手段５ａ、５ｂのフローチャートについて、図５を参照しながら説明する。図に示すように、入力電圧個別設定手段５ａ、５ｂは、蓄電池２Ａｂ、２Ｂｂのそれぞれの放電深度を入力する。入力した放電深度から、放電深度のより浅い蓄電池２Ａｂあるいは２Ｂｂ側の双方向コンバータ２Ａａあるいは２Ｂａに中間電圧指令値ＶＬを指令し、もう一方の双方向コンバータ２Ｂａあるいは２Ａａに中間電圧指令値ＶＨを指令する。この時、ＶＨはＶＬより高い値とする。入力電圧個別設定手段５ａ、５ｂとしてはマイコン等がある。
【００７５】
以上のように、本実施の形態２によれば、入力電圧個別設定手段５ａ、５ｂにより放電深度の浅い蓄電池２Ａｂあるいは２Ｂｂの充電電流を大きくすることで、蓄電池２Ａｂ及び２Ｂｂの回復充電をいち早く実施することができることとなる。
【００７６】
（実施の形態３）
図６に本発明の実施の形態３における燃料電池システムの構成図を示す。図に示すように、実施の形態３における燃料電池システムは、燃料電池１と、燃料電池１からの発電電力を一時的に充電する蓄電池２Ａｂ、２Ｂｂを直列接続し、スイッチＡからＦを有する蓄電手段２Ｃを備えている。
【００７７】
次に各蓄電池２Ａｂ、２Ｂｂの充放電を行なう際のスイッチＡからＦのＯＮ／ＯＦＦ制御について、図６及び図７を参照しながら説明する。図７のＯＮは常時ＯＮを意味し、ＯＦＦは常時ＯＦＦ、ｃｈｏｐはデューティ制御を意味する。まず蓄電池２Ａｂに充電し、蓄電池２Ｂｂの充放電を行なわない場合は、スイッチＡ及びスイッチＥを常時ＯＮし、ススイッチＦをデューティ制御する。これにより入力からみた場合は降圧チョッパ回路として機能することとなり、充電電流を制御することで蓄電池２Ａｂへの充電制御が可能となる。この時、充電電流はスイッチＦからリアクタンスを通してスイッチＡから蓄電池２Ａｂ、さらにスイッチＢのダイオードを通してリアクタンスを経由してスイッチＥを通流することとなる。蓄電池２Ｂｂへの充電制御も同様にスイッチＢ、Ｃ、Ｄを常時ＯＮし、スイッチＦをデューティ制御することで充電電流制御が可能となる。次に蓄電池２Ａｂ及び２Ｂｂの両方に充電する場合は、スイッチＡ、Ｃを常時ＯＮし、スイッチＦをデューティ制御することで可能となる。次に、蓄電池２Ａｂを回復充電し、蓄電池２Ｂｂを負荷追従のための充電を行なう際には、スイッチＡからスイッチＤをデューティ制御し、スイッチＦを常時ＯＮとすることで可能となる。これは、スイッチＡにより蓄電池２Ａｂの回復充電に必要な充電電流制御を行ない、負荷追従のための制御をスイッチＢ、Ｄ、Ｃで行なう。蓄電池２Ｂｂの回復充電時も同様にスイッチＢ、Ｃ、Ｄにて実施し、スイッチＡ、Ｅにより負荷追従のための制御を行なう。さらに、蓄電池２Ａｂからのみ放電を行なう際には、スイッチＢ、Ｄをデューティ制御、あるいはスイッチＢ、Ｄの何れかを常時ＯＮともう一方をデューティ制御してスイッチＡ、Ｂと直列に接続したリアクタンスに充電し、昇圧した電力によりスイッチＦのダイオードを通して放電する。同様に蓄電池２Ｂｂからのみ放電を行なう際には、スイッチＥをデューティ制御して、スイッチＢ、Ｃのダイオードを通してスイッチＢ、Ｃと直列に接続したリアクタンスに充電し、昇圧した電力によりスイッチＤ、Ｆのダイオードを通して放電する。また、同様に蓄電池２Ａｂ、２Ｂｂの両方から放電を行なう際には、スイッチＤ、Ｅをデューティ制御してスイッチＡ、Ｃと直列に接続したリアクタンスに充電し、昇圧した電力によりスイッチＦのダイオードを通して放電する。
【００７８】
以上のように、本実施の形態３によれば、蓄電池２Ａｂ、２Ｂｂを直列に接続した場合であっても、蓄電手段２Ｃにより回復充電を蓄電池２Ａｂ、２Ｂｂを各個別に行なうことができ、回復充電と負荷追従制御を両立することができることとなる。
【００７９】
（実施の形態４）
図８に本発明の実施の形態４における燃料電池システムの構成図を示す。図に示すように、実施の形態４における燃料電池システムは、燃料電池１と、燃料電池１からの発電電力を一時的に充電する２つの並列接続した蓄電手段２Ａ、２Ｂと、蓄電手段２Ａ、２Ｂの電圧バランスを制御する電圧バランス制御手段６を具備している。
【００８０】
次に電圧バランス制御手段６のフローチャートについて、図９を参照しながら説明する。図に示すように、電圧バランス制御手段６は、蓄電池２Ａｂ、２Ｂｂのそれぞれの電圧を入力する。入力した電圧から、電圧のより低い蓄電池２Ａｂあるいは２Ｂｂ側の双方向コンバータ２Ａａあるいは２Ｂａに中間電圧指令値ＶＬを指令し、もう一方の双方向コンバータ２Ｂａあるいは２Ａａに中間電圧指令値ＶＨを指令する。この時、ＶＨはＶＬより高い値とする。電圧バランス制御手段６としてはマイコン等がある。
【００８１】
以上のように、本実施の形態４によれば、電圧バランス制御手段６により、電圧のばらつきを有する蓄電池２Ａｂ及び２Ｂｂの充電電流を制御することで、蓄電池２Ａｂ及び２Ｂｂの電圧のバランスを保つこととなる。
【００８２】
（実施の形態５）
図１０に本発明の実施の形態５における燃料電池システムの構成図を示す。図に示すように、実施の形態５における燃料電池システムは、燃料電池１と、燃料電池１からの発電電力を一時的に充電する蓄電池２Ａｂ、２Ｂｂを直列接続し、スイッチＡからＦを有する蓄電手段２Ｃと蓄電池２Ａｂ、２Ｂｂの電圧がアンバランスな場合、電圧の高い蓄電池２Ａｂあるいは２Ｂｂへの充電をバイパスするバイパス制御手段７Ａ及び７Ｂを備えている。
【００８３】
次にバイパス制御手段７Ａ及び７Ｂの構成図について、図１１を参照しながら説明する。図に示すように、バイパス制御手段７Ａ及び７Ｂは、蓄電池２Ａｂ、２Ｂｂの電圧を検出する電圧検知部７Ａａ、７Ｂａと、検知した電圧が規定電圧Ｖｂａｔ＿ｐａｓを超えているか否かを判定し、超えていればバイパススイッチ７Ａｂ、７ＢｂをＯＮする判定部７Ａｃ、７Ｂｃを備えている。バイパス制御手段７Ａ及び７Ｂ、判定部７Ａｃ、７Ｂｃとしてはマイコン等がある。電圧検知部７Ａａ、７Ｂａは電圧を検知できれば良く、電圧計等がある。
【００８４】
以上のように、本実施の形態５によれば、蓄電池２Ａｂ、２Ｂｂの電圧がアンバランスな状態となった場合、電圧の高い蓄電池２Ａｂあるいは２Ｂｂへの充電をバイパスすることとなる。
【００８５】
（実施の形態６）
図１２に本発明の実施の形態６における燃料電池システムの構成図を示す。図に示すように、実施の形態６における燃料電池システムは、燃料電池１と、燃料電池１からの発電電力を一時的に充電する２つの並列接続した蓄電手段２Ａ、２Ｂと、回復充電を個別に分割して行なう回復充電手段３Ａ、３Ｂと、蓄電手段２Ａあるいは２Ｂの回復充電前には、回復充電の対象となる蓄電手段２Ａあるいは２Ｂからの放電を減少あるいは停止させ、かつ回復充電の対象外の蓄電手段２Ｂあるいは２Ａからの放電を優先させる個別放電制御手段８を備えている。
【００８６】
次に個別放電制御手段８のフローチャートについて、図１３を参照しながら説明する。図に示すように、個別放電制御手段８は、回復充電手段３Ａ、３Ｂから回復充電までの時間情報を入力する。入力したそれぞれの時間が２４時間以下であれば、放電を禁止し、充電のみ許可する。また、双方向コンバータ２Ａａあるいは２Ｂａの回復充電までの時間が２４時間以下である一方に対して、中間電圧指令値ＶＬを指令し、他方の双方向コンバータ２Ｂａあるいは２Ａａに対して中間電圧指令値ＶＨを指令する。この時、ＶＨはＶＬより高い値とする。個別放電制御手段８としてはマイコン等がある。
【００８７】
以上のように、本実施の形態６によれば、回復充電すなわち蓄電池２Ａｂあるいは２Ｂｂを満充電にするように制御する前には、放電を回避し、回復充電を速やかに実施すると同時に、回復充電の対象外の蓄電手段２Ｂｂあるいは２Ａｂからの放電を優先させることで負荷追従制御も同時に実施することとなる。
【００８８】
（実施の形態７）
図１４に本発明の実施の形態７における燃料電池システムの構成図を示す。図に示すように、実施の形態７における燃料電池システムは、燃料電池１と、燃料電池１からの発電電力を一時的に充電する２つの並列接続した蓄電手段２Ａ、２Ｂと、回復充電を個別に分割して行なう回復充電手段３Ａ、３Ｂと、蓄電手段２Ａあるいは２Ｂの回復充電直後には、回復充電の対象となっていた蓄電手段２Ａあるいは２Ｂからの放電を優先させ、かつ回復充電の対象外の蓄電手段２Ｂあるいは２Ａからの放電を減少あるいは停止させる第二個別放電制御手段９を備えている。
【００８９】
次に第二個別放電制御手段９のフローチャートについて、図１５を参照しながら説明する。図に示すように、第二個別放電制御手段９は、回復充電手段３Ａ、３Ｂから回復充電完了フラグを入力する。入力した回復充電手段３Ａあるいは３Ｂの回復充電完了フラグがＯＮであれば放電を優先し、もう一方の回復充電手段３Ｂあるいは３Ａの放電は禁止する。
【００９０】
この場合、放電を優先する双方向コンバータ２Ａａあるいは２Ｂａには、中間電圧指令値ＶＨを指令し、もう一方の双方向コンバータ２Ｂａあるいは２Ａａに対しては中間電圧指令値ＶＬを指令する。この時、ＶＨはＶＬより高い値とする。第二個別放電制御手段９としてはマイコン等がある。
【００９１】
以上のように、本実施の形態７によれば、回復充電すなわち蓄電池２Ａｂあるいは２Ｂｂを満充電にするように制御した直後には、放電を促進し、回復充電後速やかに負荷追従制御に利用できるように蓄電池２Ａｂあるいは２Ｂｂの放電深度を調整することとなる。
【００９２】
（実施の形態８）
図１６に本発明の実施の形態８における燃料電池システムの構成図を示す。図に示すように、実施の形態８における燃料電池システムは、燃料電池１と、燃料電池１からの発電電力を一時的に充電する２つの並列接続した蓄電手段２Ａ、２Ｂと、回復充電を個別に分割して行なう回復充電手段３Ａ、３Ｂと、蓄電手段２Ａあるいは２Ｂの回復充電後には、放電深度のばらつきを抑制するように充放電を制御する、ばらつき補正手段１０を備えている。
【００９３】
次にばらつき補正手段１０のフローチャートについて、図１７を参照しながら説明する。図に示すように、ばらつき補正手段１０は、回復充電手段３Ａ、３Ｂから回復充電完了フラグを入力する。入力した回復充電手段３Ａあるいは３Ｂの回復充電完了フラグがＯＮであれば放電を優先し、もう一方の回復充電手段３Ｂあるいは３Ａの放電は減少させる。この場合、放電を優先する双方向コンバータ２Ａａあるいは２Ｂａには、中間電圧指令値ＶＨを指令し、もう一方の双方向コンバータ２Ｂａあるいは２Ａａに対しては中間電圧指令値ＶＬを指令する。この時、ＶＨはＶＬより高い値とする。さらに、双方向コンバータ２Ａａ及び２Ｂａに対して、蓄電池２Ａｂ及び２Ｂｂに対して放電深度の目標値（上限値）を７０％とするように設定を指令する。ばらつき補正手段１０としてはマイコン等がある。
【００９４】
以上のように、本実施の形態８によれば、回復充電すなわち蓄電池２Ａｂあるいは２Ｂｂを満充電にするように制御した後に存在する放電深度のばらつきを補正し、蓄電池２Ａｂ、２Ｂｂの放電深度を調整し、蓄電池２Ａｂ、２Ｂｂの並列運転を容易にすると同時に蓄電池２Ａｂ、２Ｂｂの寿命のばらつきを抑制すると同時に回復充電後速やかに蓄電手段２Ａ及び２Ｂによる負荷追従を行なうこととなる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
燃料電池などの発電システムにおいて、負荷追従制御を行なうために一時的な電力貯蔵手段として蓄電池を利用する場合、長寿命化のための方策として本回復充電制御及び回復充電前後の制御と、負荷追従制御を同時に行なう必要がある用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の実施例１の燃料電池システムの構成図
【図２】同回復充電手段の制御フローチャート
【図３】同余剰電力充電制御手段の制御フローチャート
【図４】本発明の実施例２の燃料電池システムの構成図
【図５】同入力電圧個別設定手段のフローチャート
【図６】本発明の実施例３の燃料電池システムの構成図
【図７】同各充放電時のスイッチ制御一覧図
【図８】本発明の実施例４の燃料電池システムの構成図
【図９】同電圧バランス制御手段のフローチャート
【図１０】本発明の実施例５の燃料電池システムの構成図
【図１１】同バイパス制御手段の構成図
【図１２】本発明の実施例６の燃料電池システムの構成図
【図１３】同個別放電制御手段のフローチャート
【図１４】本発明の実施例７の燃料電池システムの構成図
【図１５】同第二個別放電制御手段のフローチャート
【図１６】本発明の実施例８の燃料電池システムの構成図
【図１７】同ばらつき補正手段のフローチャート
【図１８】従来の燃料電池システム（特許文献１）の構成図
【図１９】従来の燃料電池システム（特許文献２）の構成図
【図２０】従来のバックアップ電源システムの構成図
【図２１】従来の電力供給システムの構成図
【図２２】従来の電源制御装置の構成図
【符号の説明】
【００９７】
１  燃料電池
２Ａ、２Ｂ  蓄電手段
３Ａ、３Ｂ  回復充電手段
４  余剰電力充電制御手段
５  入力電圧個別設定手段
６  電圧バランス制御手段
７  バイパス制御手段
８  個別放電制御手段
９  第二個別放電制御手段
１０  ばらつき補正手段
１１  燃料電池
１２  電流制御手段
１３  蓄電手段
１４  充放電制御手段
１５  商用電源
１６  メインブレーカ
１７  系統電流計測手段
１８  交流電圧計測手段
１９  燃料電池電圧計測手段
２０  蓄電電圧計測手段
２１  電力変換手段
２２  負荷
２３  外部負荷
２４  二次電池
２５  燃料電池
２６  蓄電余裕量検出手段
２７  余剰電力量算出手段
２８  電力制御手段
２９  燃料電池
３０  蓄電池
３１  無停電電源装置
３２  負荷
３３ａ〜３３ｃ  二次電池
３４ａ〜３４ｃ  燃料電池
３５ａ〜３５ｃ  負荷
３６  制御部
３７  効率格納部
３８ａ〜３８ｂ  蓄電手段
３９ａ〜３９ｂ  電流計測手段
４０  電圧計測手段
４１  充放電制御手段
４２  状態検知手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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